Курсовая работа: Дрейфовые транзисторы их параметры, преимущества и недостатки

Меньшая ширина эмиттерного перехода у дрейфовых триодов при прочих равных условиях означает большую величину барьерной емкости С_Э . Это обстоятельство вместе с гораздо более высокой частотой ƒ_α делает существенным влияние емкости С_Э на коэффициент инжекции [3]. Иначе говоря, частотные свойства дрейфовых транзисторов могут ограничиваться не временем диффузии, а постоянной времени r_Э С_Э . Для того чтобы уменьшить влияние барьерной емкости С_Э , часто используют дрейфовые транзисторы при большем токе эмиттера, например 4—5 ма вместо 1 ма. Тогда сопротивление r_Э уменьшается и постоянная времени r_Э С_Э оказывается достаточно малой. В сущности, критерием при увеличении тока является условие С_Э < С_{Э. Д} , где С_{Э. Д} - диффузионная емкость эмиттера [3].

(1.2)

где t_D –среднее время диффузии(пролета носителей через базу).

Заметим еще, что коллекторный слой у дрейфовых транзисторов имеет сравнительно большое сопротивление. Это объясняется, во-первых, значительной толщиной коллектора (она близка в толщине исходной пластинки) и, во-вторых, тем, что исходная пластинка имеет довольно большое удельное сопротивление (ρ≥ омּсм}. Последнее обстоятельство обусловлено тем, что в противном случае нельзя было бы обеспечить существенную разницу в концентрациях N_Б (0) и N_Б (W), а это в значительной степени лишило бы дрейфовый транзистор тех его особенностей, которые связаны с наличием собственного поля и базе. Сопротивление коллекторного слоя особенно важно учитывать в ключевых схемах, построенных на дрейфовых транзисторах.

2. Физические процессы в базе дрейфового транзистора

2.1 Физические процессы в базе дрейфового транзистора при низком уровне инжекции

Рассмотрим физические процессы в базе на основе дрейфового транзистора n⁺ -p-n-n⁺ типа изготовленного по методу двойной односторонней диффузии.

Распределение легирующих примесей и результирующей примеси в n⁺ -p-n-n⁺ дрейфовом транзисторе в соответствии с [4] изображено на рис. 2.1.1, б, в, где N₁ (x) — распределение акцепторной примеси, формирующей базу, a N₁₀ (x) - ее поверхностная концентрация. Эмиттер формируется донорной примесью с распределением N₂ (x) и поверхностной концентрацией N₂₀ (x).

а) Структура, б) распределение легирующих примесей, в) результирующее распределение примеси.

Рис.2.1.1 Дрейфовый транзистор n⁺ -p-n-n⁺ типа.

Сильнолегированный n⁺ -слой коллектора является подложкой транзисторной структуры, концентрация доноров в которой N_П . На рис. 2.1.1, в представлено распределение результирующей примеси и обозначены границы ОПЗ эмиттерного и коллекторного р-п переходов. Концентрация примеси в базе (рис. 2.1.1, в) максимальна, как правило, в левой трети базы, примыкающей к эмиттеру. В этой части базы создается не ускоряющее, а тормозящее электроны электрическое поле, что отрицательно сказывается на усилительных и частотных свойствах транзистора. Однако то, что толщина базы дрейфовых транзисторов мала, полностью окупает недостатки, связанные с наличием участка тормозящего поля в базе.

Расчет параметров и характеристик дрейфовых транзисторов осложнен тем обстоятельством, что концентрация легирующей примеси в слоях транзистора зависит от координаты. Зависят от координаты подвижность, коэффициент диффузии и время жизни носителей заряда. Это создает серьезные математические трудности для получения расчетных соотношений на основе решения уравнения непрерывности. Получение конечных результатов в аналитической форме в этом случае возможно только для ограниченного числа упрощенных модельных задач.

Для расчета основных соотношений в дрейфовом транзисторе воспользуемся приближенным теоретическим подходом[4]. В дрейфовом транзисторе с узкой базой при W_Б /L_n <0,5 объемная рекомбинация слабо влияет на распределение электронов в базе п(х). Поэтому для отыскания распределения п(х) можно считать, что в первом приближении сквозной ток электронов J_nx в базе постоянен. С учетом этого допущения, подставив выражение для поля Е_х [3]

(2.1.1)

в уравнение для тока электронов и использовав соотношение Эйнштейна D_n =μ_n φ_T , получим

(2.1.2)

В этом уравнении переменные разделяются, и поэтому

(2.1.3)

В (2.1.3) верхний предел интегрирования x_1К является левой границей ОПЗ коллекторного перехода (рис. 2.1.1, в). Взяв интеграл в левой части (2.1.3), получим

(2.1.4)

При записи правой части мы воспользовались условием J_nx =const и вынесли из-под знака интеграла усредненное значение коэффициента диффузии электронов:

где W_Б =x_1K –x_1Э —толщина квазиэлектронейтральной базы.

В соответствии с граничным условием pn=n_i ² exp(U/φ_T ) [4] для носителей заряда у коллектора имеем

(2.1.5)

Выражая из (2.1.4) концентрацию электронов, получаем

(2.1.6)

Запишем условие квазиэлектронейтральности заряда в базе:

p(x)-n(x)+N(x)≈0 (2.1.7)

или